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1、分類號(hào)密級(jí)鋰硫電池正極用多孔材料/硫復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究生姓名：李雪鋒指導(dǎo)教師姓名、職稱：胡忠良教授學(xué)科專業(yè)：冶金材料工程研究方向：電化學(xué)湖南工業(yè)大學(xué)二零一八年六月十五日分類號(hào)密級(jí)鋰硫電池正極用多孔材料/硫復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能PreparationofPorousMaterial/SulfurCompositesasCathodematerialforLithiumSulfurBatteryandtheirElectrochemicalPerformance研究生姓名：李雪鋒指導(dǎo)教師姓名、職稱：胡忠良教授副
2、指導(dǎo)教師姓名、職稱：陳仕謀研究員學(xué)科專業(yè)：冶金材料工程研究方向：電化學(xué)論文答辯日期答辯委員會(huì)主席湖南工業(yè)大學(xué)二零一八年六月十五日II湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者簽名：日期：年月日湖南工業(yè)大學(xué)論文版權(quán)使用授權(quán)書本人了解湖南工業(yè)大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的
3、規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留學(xué)位論文，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用復(fù)印、縮印或其他手段保存學(xué)位論文；學(xué)?？筛鶕?jù)國家或湖南省有關(guān)部門規(guī)定送交學(xué)位論文。作者簽名：導(dǎo)師簽名：日期：年月日摘要清潔能源和可再生能源取代傳統(tǒng)的石化能源，對人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。鋰硫電池作為一種清潔能源，具有高的理論比容量（1675mAh/g）和高能量密度（2600wh/kg），因此，近年來鋰硫電池的研究已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)得到了高度關(guān)注。目前，鋰硫電池在應(yīng)用過程中有兩個(gè)問題急需解決，一是由于在充放電的過
4、程中S與Li2S都是絕緣體；二是多硫化物的溶解在電解液中造成的穿梭效應(yīng)。針對上述問題，本論文采用多孔材料復(fù)合硫作為鋰硫電池正極材料，通過多孔材料對硫的束縛作用從而提高電池的性能。首先我們選用多孔泡沫鎳進(jìn)行研究，利用泡沫鎳本身特性，通過易操作的物理方法將鎳、硫和碳制備成三元復(fù)合材料的正極極片。其次我們又選取棉花作為碳源，通過一步法制備成硫氮雙摻的多孔生物質(zhì)碳纖維，對其進(jìn)行了比表面積等表征。選取了高導(dǎo)電性及高比表面積的多孔碳纖維與單質(zhì)硫進(jìn)行復(fù)合，制備出鋰硫電池正極材料。最后我們制備了瀝青基多孔碳/硫復(fù)合材料。本研究通過XRD、SE
5、M、TEM、Raman、BET比表面積等測試方法測試了所制備的正極材料的成分及并且對其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究與分析。在揭示多孔材料/硫復(fù)合材料組織結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地對其作為鋰硫電池正極材料進(jìn)行了恒流充放電、交流阻抗測試等電化學(xué)性能測試。本論文的研究工作主要包括以下幾個(gè)方面：（1）以多孔泡沫鎳作為金屬骨架，采用溶解析出、壓制和涂碳的方法制備出高導(dǎo)電性、高負(fù)載硫的三元（鎳、硫、碳）正極片。結(jié)果表明，2當(dāng)復(fù)合材料中硫的含量為0.42mg/cm時(shí)，電池在1C倍率下，首次放電比容量為1415mAh/g，循環(huán)100次后放電比容量仍保留800
6、mAh/g，電池循環(huán)性能比較穩(wěn)定。（2）以生物質(zhì)棉花材料作為碳源，造孔劑為氫氧化鉀，胱氨酸提供碳源和硫源，在高溫環(huán)境中制備硫氮雙摻的多孔碳纖維材料，并和單質(zhì)硫進(jìn)行復(fù)合。結(jié)果表明棉花與氫氧化鈉的質(zhì)量比為1:2，碳化溫度為850℃2時(shí)所制備的硫氮雙摻的多孔生物質(zhì)碳纖維的比表面積為1696m/g，孔3容為0.84cm/g；在硫碳復(fù)合材料中硫與碳材料的比為1:1，復(fù)合材料在0.1C倍率下，首次放電比容量為1237mAh/g，再循環(huán)200次之后容量I為813mAh/g，庫倫效率大于90%，其電化學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以純硫作為正極的電化學(xué)性能。
7、（3）制備了瀝青基多孔碳材料。多種表征表明瀝青基多孔碳上存在介孔和大孔，其比表面積大，吸附能力強(qiáng)，該材料具有三維孔道結(jié)構(gòu)，且孔道高度有序、孔徑尺寸可進(jìn)行調(diào)控。在0.1C倍率下，瀝青基多孔碳與硫復(fù)合，當(dāng)硫與碳材料的質(zhì)量比為1：1時(shí)，首次放電比容量為1096mAh/g，循環(huán)60次后放電比容量為612mAh/g。關(guān)鍵詞：鋰硫電池，正極材料，多孔材料，生物質(zhì)碳纖維IIAbstractTomaintainthesustainabledevelopmentofthehumansociety,itplaysakeyroleforthecle
8、anenergyandrenewableenergytoreplacethethetraditionalfossilenergy.Asacleanenergy,lithium-sulfurbatterieshavehightheoreticalspecificcapacity
